(57)【要約】【課題】ピエゾアクチュエータの駆動電圧を決定するために設定されるマージンが必要以上に大きくならないようにされ、ピエゾインジェクタやバッテリ等電力供給系統さらには制御装置への負荷の低減が図られるピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置及び蓄圧式燃料噴射装置を提供する。【解決手段】内燃機関の気筒内に燃料を噴射するピエゾインジェクタに備えられたピエゾアクチュエータに印加する駆動電圧の学習を行うためのピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置において、内燃機関への燃料噴射が行われない状態を検出する学習条件判定部と、燃料噴射が行なわれない状態でピエゾアクチュエータに対する所定時間の電圧の印加を印加電圧の設定値を変えながら繰返し行うインジェクタ駆動制御部と、電圧の印加によって所定時間にあらかじめ設定された所定量の燃料噴射が行われたときの印加電圧の値に基づき駆動電圧を学習する駆動電圧学習部と、を備える。【選択図】図５
2010255569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内に燃料を噴射するピエゾインジェクタに備えられたピエゾアクチュエータに印加する駆動電圧の学習を行うためのピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置において、
前記内燃機関への燃料噴射が行われない状態を検出する学習条件判定部と、
前記燃料噴射が行なわれない状態で、前記ピエゾアクチュエータに対する所定時間の電圧の印加を印加電圧の設定値を変えながら繰返し行うインジェクタ駆動制御部と、
前記電圧の印加によって前記所定時間にあらかじめ設定された所定量の燃料噴射が行われたときの前記印加電圧の値に基づき前記駆動電圧を学習する駆動電圧学習部と、
を備えることを特徴とするピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置。
【請求項２】
前記駆動電圧学習部は、前記所定時間に前記所定量の燃料噴射が行われたときの前記印加電圧の値からあらかじめ設定された所定値を引いた値を噴射立上り電圧として判別することを特徴とする請求項１に記載のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置。
【請求項３】
前記駆動電圧学習部は、あらかじめ設定されたマージンを前記噴射立上り電圧に加算した値を前記駆動電圧として学習することを特徴とする請求項２に記載のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置。
【請求項４】
前記駆動電圧学習部は、前記所定時間に前記所定量の燃料噴射が行われたときの前記印加電圧の値に、あらかじめ設定されたマージンを加算した値を前記駆動電圧として学習することを特徴とする請求項１に記載のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置。
【請求項５】
前記駆動電圧学習部は、前記内燃機関のクランクシャフトの角速度の変動に基づき前記所定時間に前記所定量の燃料噴射が行われたことを判別することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置。
【請求項６】
燃料を圧送する高圧ポンプと、前記高圧ポンプから圧送される前記燃料が蓄積されるコモンレールと、ピエゾアクチュエータを備え前記コモンレールに蓄積された燃料を内燃機関の気筒内に噴射するピエゾインジェクタと、前記ピエゾインジェクタの駆動を制御する制御装置と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置において、
前記制御装置は、前記内燃機関への燃料噴射が行われない状態を検出する学習条件判定部と、前記燃料噴射が行なわれない状態で、前記ピエゾアクチュエータに対する所定時間の電圧の印加を印加電圧の設定値を変えながら繰返し行うインジェクタ駆動制御部と、前記電圧の印加によって前記所定時間にあらかじめ設定された所定量の燃料噴射が行われたときの前記印加電圧の値に基づき前記ピエゾアクチュエータに印加する駆動電圧を学習する駆動電圧学習部と、を備えることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピエゾアクチュエータの駆動制御によって噴射孔の開閉制御が行われるピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置及び蓄圧式燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃料噴射装置として、高圧ポンプによって圧送されコモンレール内に蓄積された高圧の燃料を、燃料噴射弁によって内燃機関の各気筒内に噴射するように構成された蓄圧式燃料噴射装置が使用されている。
【０００３】
このような蓄圧式燃料噴射装置に用いられる燃料噴射弁として、噴射孔を開閉するノズルニードルと、高圧燃料が供給されてその圧力によりノズルニードルに背圧を負荷する背圧室と、ピエゾスタックを伸縮させて背圧室内の高圧燃料を逃がす制御を行うピエゾアクチュエータとを備えたピエゾインジェクタが知られている。このピエゾインジェクタは、ピエゾアクチュエータに対して所定の駆動電圧を印加することでノズルニードルをリフトし噴射孔を開口させて燃料噴射が行われる。
【０００４】
図７は、このように構成されたピエゾインジェクタにおいて、電圧を所定時間印加する場合の、ピエゾアクチュエータへの印加電圧（Ｖ）と燃料噴射量（Ｑ）との関係を示している。図７に示す例では、ピエゾアクチュエータに電圧を印加し始め、印加電圧がVaになったときにバルブピストンが移動し始めて燃料噴射が開始され、印加電圧がVaからVbの間は比較的大きな増加率で燃料噴射量が増加する。また、印加電圧がVbを越えると燃料噴射量の増加率は比較的小さくなって燃料噴射量が安定する。
【０００５】
すなわち、ピエゾアクチュエータへの印加電圧がVbとなるまでは、印加電圧の誤差による燃料噴射量の誤差が大きくなる。そのため、燃料噴射量の精度を高めるためには、少なくともVbを越えるような電圧がピエゾアクチュエータに印加される必要がある。具体的には、ピエゾインジェクタの生産時において、図７の実線で示すように、ピエゾインジェクタにおいて燃料噴射量の増加率の変化点となる電圧Vb（以下、この電圧を「必要最小電圧」と称する。）に対して所定のマージンβを加算した電圧Vact（以下、この電圧を「駆動電圧」と称する。）が、ピエゾアクチュエータの駆動電圧として設定される（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
この必要最小電圧Vbに対して加算されるマージンβは、図７の破線で示すように、ピエゾインジェクタごとの加工精度のばらつきや経時劣化等によって、必要最小電圧Vb’が大きくなった場合でも駆動電圧Vactが必要最小電圧Vb’を下回ることがないように設定されている。例えば、駆動電圧Vactが、生産時における必要最小電圧Vbに対して３０〜４０Ｖ加算された値となるようにマージンβが設定される。すなわち、マージンβは、必要最小電圧Vbに対するマージンと、加工精度のばらつきや経時劣化等に対するマージンとを考慮して設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１７２００２号公報  （段落［０００３］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述したような従来の駆動電圧の設定の仕方では、ピエゾインジェクタの経時劣化を生じる前から、必要以上に高い電圧が印加されることになる。そのため、ピエゾアクチュエータや、バッテリ等電力供給系統の負荷が必要以上に大きくなりやすく、また、ピエゾインジェクタを制御する制御装置の電子部品の発熱等の負荷も大きくなりやすい。
【０００９】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、内燃機関の無噴射状態において、その時点でのピエゾアクチュエータの駆動電圧を学習することで、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。すなわち、本発明は、ピエゾアクチュエータの駆動電圧を決定するために設定されるマージンが必要以上に大きくならないようにされ、ピエゾインジェクタや、バッテリ等電力供給系統、さらには制御装置への負荷の低減が図られるピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置及び蓄圧式燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、内燃機関の気筒内に燃料を噴射するピエゾインジェクタに備えられたピエゾアクチュエータに印加する駆動電圧の学習を行うためのピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置において、内燃機関への燃料噴射が行われない状態を検出する学習条件判定部と、燃料噴射が行なわれない状態で、ピエゾアクチュエータに対する所定時間の電圧の印加を印加電圧の設定値を変えながら繰返し行うインジェクタ駆動制御部と、電圧の印加によって所定時間にあらかじめ設定された所定量の燃料噴射が行われたときの印加電圧の値に基づき駆動電圧を学習する駆動電圧学習部と、を備えることを特徴とするピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１１】
また、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置を構成するにあたり、駆動電圧学習部は、所定時間に所定量の燃料噴射が行われたときの印加電圧の値からあらかじめ設定された所定値を引いた値を噴射立上り電圧として判別することが好ましい。
【００１２】
また、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置を構成するにあたり、駆動電圧学習部は、あらかじめ設定されたマージンを噴射立上り電圧に加算した値を駆動電圧として学習することが好ましい。
【００１３】
また、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置を構成するにあたり、駆動電圧学習部は、所定時間に所定量の燃料噴射が行われたときの印加電圧の値に、あらかじめ設定されたマージンを加算した値を駆動電圧として学習することが好ましい。
【００１４】
また、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置を構成するにあたり、駆動電圧学習部は、内燃機関のクランクシャフトの角速度の変動に基づき所定時間に所定量の燃料噴射が行われたことを判別することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の別の態様は、燃料を圧送する高圧ポンプと、高圧ポンプから圧送される燃料が蓄積されるコモンレールと、ピエゾアクチュエータを備えコモンレールに蓄積された燃料を内燃機関の気筒内に噴射するピエゾインジェクタと、ピエゾインジェクタの駆動を制御する制御装置と、を備えた蓄圧式燃料噴射装置において、制御装置は、内燃機関への燃料噴射が行われない状態を検出する学習条件判定部と、燃料噴射が行なわれない状態で、ピエゾアクチュエータに対する所定時間の電圧の印加を印加電圧の設定値を変えながら繰返し行うインジェクタ駆動制御部と、電圧の印加によって所定時間にあらかじめ設定された所定量の燃料噴射が行われたときの印加電圧の値に基づきピエゾアクチュエータに印加する駆動電圧を学習する駆動電圧学習部と、を備えることを特徴とする蓄圧式燃料噴射装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置及び蓄圧式燃料噴射装置によれば、学習条件判定部で検出される燃料の無噴射状態において、インジェクタ駆動制御部によってピエゾアクチュエータに対する所定時間の電圧の印加が印加電圧の設定値を変えながら繰返し行われ、駆動電圧学習部で、所定時間に所定量の燃料噴射が行われたときの印加電圧に基づいてその時点での駆動電圧が学習される。したがって、ピエゾインジェクタの生産時のばらつきや劣化度合いに応じた駆動電圧を学習することが可能になり、必要以上に大きな駆動電圧が印加されることがなくなるために、ピエゾインジェクタや、バッテリ等電力供給系統、さらには制御装置への負荷が低減される。
【００１７】
また、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置において、駆動電圧学習部が、所定時間で所定量の燃料噴射が行われる印加電圧の値から所定値を引いた値を噴射立上り電圧とすることで、燃料噴射が開始される電圧が短時間でかつ精度よく求められる。
【００１８】
また、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置において、駆動電圧学習部が、噴射立上り電圧に所定のマージンを加算して駆動電圧とすることで、噴射立上り電圧との関係に基づく駆動電圧が短時間で求められる。
【００１９】
また、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置において、駆動電圧学習部が、所定時間で所定量の燃料噴射が行われる印加電圧を求めた上で、当該印加電圧の値に所定のマージンを加算して駆動電圧とすることで、駆動電圧の設定が短時間で行われる。
【００２０】
また、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置において、駆動電圧学習部が、内燃機関のクランクシャフトの角速度の変動に基づき所定時間で所定量の燃料噴射が行われたことを判別することで、所定量の燃料噴射が行われたことを容易にかつ精度よく推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態にかかる蓄圧式燃料噴射装置の構成例を説明するための図である。
【図２】ピエゾインジェクタの構成について説明するための断面図である。
【図３】ピエゾインジェクタの構成について詳細に説明するための断面図である。
【図４】制御装置（駆動電圧学習制御装置）の構成例を示すブロック図である。
【図５】駆動電圧の学習方法を説明するための図である。
【図６】駆動電圧の学習方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】従来の駆動電圧の設定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、適宜図面を参照して、本発明のピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置及び蓄圧式燃料噴射装置に関する実施の形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材が示され、適宜説明が省略されている。
【００２３】
１．蓄圧式燃料噴射装置
図１は、本実施形態の蓄圧式燃料噴射装置５０の構成例を示す概略図である。
この蓄圧式燃料噴射装置５０は、燃料タンク１と、低圧ポンプ２と、高圧ポンプ５と、コモンレール１０と、ピエゾインジェクタ１３等を主たる要素として備えている。
【００２４】
蓄圧式燃料噴射装置５０のそれぞれの構成要素は燃料通路で接続されており、低圧燃料が流動する燃料タンク１から高圧ポンプ５の加圧室５ａまでの燃料供給通路１８ａ〜１８ｂが実線で示され、高圧燃料が流動する加圧室５ａからコモンレール１０までの高圧燃料通路３７、及びコモンレール１０から各ピエゾインジェクタ１３までの高圧燃料通路３９が太線で示されている。また、高圧ポンプ５、圧力制御弁１２、及びピエゾインジェクタ１３から燃料タンク１までの燃料還流通路３０ａ〜３０ｃが破線で示されている。図中の矢印は各通路における燃料の進行方向を示している。
【００２５】
この蓄圧式燃料噴射装置５０では、燃料タンク１内の燃料が低圧ポンプ２によって高圧ポンプ５に向けて送られる。このとき、加圧室５ａに送られる燃料の流量は、内燃機関の運転状態やコモンレール１０の圧力（以下、「レール圧」と称する。）の目標値に応じて、電磁式の比例制御弁からなる流量制御弁８によって調節される。また、流量制御弁８より上流側の燃料供給通路１８ｂ内の圧力が所定値に維持されるように、燃料供給通路１８ｂにはオーバーフローバルブ１４が接続され、余剰の燃料が燃料タンク１に戻される。
【００２６】
流量制御弁８によって流量が調節されて供給される燃料は、プランジャ７が下降することで加圧室５ａに負圧が生じると、燃料吸入弁６を介して加圧室５ａに流れ込む。その後、カム１５によってプランジャ７が上昇させられて加圧室５ａ内の燃料が加圧されると、燃料吐出弁９が開かれ、コモンレール１０に向けて高圧燃料が圧送される。
【００２７】
コモンレール１０には、高圧ポンプ５から圧送された高圧燃料が蓄積される。このコモンレール１０には圧力センサ２１が取り付けられており、レール圧が目標レール圧となるように、制御装置１００による圧力制御弁１２や流量制御弁８のフィードバック制御が行われる。その結果、目標レール圧の高圧燃料がコモンレール１０から複数のピエゾインジェクタ１３に対して供給された状態になる。
【００２８】
ピエゾインジェクタ１３には、噴射孔を開閉するための背圧逃し機構６０が備えられている。ピエゾインジェクタ１３では、コモンレール１０から高圧燃料が供給されている状態で、制御装置１００によって背圧逃し機構６０のピエゾアクチュエータ５１に電圧が印加されあるいは電圧の印加が停止されることで噴射孔が開閉され、様々な噴射パターンで図示しない内燃機関の気筒内に燃料が噴射される。
【００２９】
２．ピエゾインジェクタ
図２及び図３は、燃料噴射弁の一例として、ピエゾスタック５１Ａを有するピエゾアクチュエータ５１を含む背圧逃し機構６０を備えたピエゾインジェクタ１３の構成例を示している。このピエゾインジェクタ１３は、ノズルニードル８３の後端部側に負荷される背圧室９１内の高圧燃料を、背圧逃し機構６０によって逃すことにより、燃料の噴射が行われるように構成されたものである。
【００３０】
ピエゾインジェクタ１３を構成するインジェクタハウジング６１には、長手方向孔６１ａ、コモンレールに通じる高圧通路６１ｂ及び燃料タンク１に通じる低圧通路６１ｃが形成されている。このうち、長手方向孔６１ａ内には、ピエゾアクチュエータ５１と、段付きの軸方向孔６３ａが形成された変位増幅部ボディ６３とが配置されており、軸方向孔６３ａ内に変位増幅ピストン６５とバルブピストン６７とが軸方向摺動可能に収容されている。変位増幅部ボディ６３内における、変位増幅ピストン６５とバルブピストン６７との間には変位増幅室６６が形成されている。
【００３１】
変位増幅ピストン６５は、調整ワッシャ５５を介して、変位増幅部ボディ６３の外周に嵌め合わせられた管状ばね５３によって、ピエゾスタック５１Ａの伸張方向に、すなわち、ピエゾアクチュエータ５１の作用方向とは反対方向に付勢されるとともに、調整シム５７を介してピエゾアクチュエータ５１と当接している。
【００３２】
変位増幅部ボディ６３の段付きの軸方向孔６３ａのうち、変位増幅ピストン６５側とは反対側の部分にスプリング６９が配置され、バルブピストン６７が変位増幅ピストン６５側とは反対側、すなわち、ピエゾアクチュエータ５１の作用方向に付勢されている。
【００３３】
ピエゾアクチュエータ５１は多数のピエゾ結晶（図示せず）が積層されて上下に配置されたピエゾスタック５１Ａを備えており、このピエゾスタック５１Ａは、ピエゾアクチュエータ５１に通電を行うとその長さが伸長する。ピエゾスタック５１Ａの長さが伸張すると、ピエゾスタック５１Ａの変位が変位増幅ピストン６５に伝達されるとともに、変位増幅室６６の増幅比の分だけ増幅されてバルブピストン６７に伝達される。
【００３４】
噴射孔７９ｂ側のインジェクタハウジング６１の端面には弁プレート７１が配置されている。この弁プレート７１には段付きの軸方向孔７１ａが形成されており、軸方向孔７１ａのうちインジェクタハウジング６１側の部分にはバルブピストン６７の端部が収容され、反対側の部分には弁部材７３が収容されている。
【００３５】
弁プレート７１のインジェクタハウジング６１側とは反対側の面にはオリフィスプレート７５が配置されており、弁プレート７１の軸方向孔７１ａ内において、オリフィスプレート７５と弁部材７３との間にスプリング７７が配置され、弁部材７３がバルブピストン６７側に付勢されている。そのため、バルブピストン６７と弁部材７３とが互いに押圧し合っている。
【００３６】
オリフィスプレート７５の弁プレート７１側とは反対側の面にはノズルボディ７９が配置されている。弁プレート７１、オリフィスプレート７５、ノズルボディ７９は、位置決めピン（図示せず。）によって互いに位置合わせされるとともに、インジェクタハウジング６１の端部に螺合したノズルナット８１によって固定されている。
【００３７】
ノズルボディ７９には段付きの軸方向孔７９ａが形成されるとともに、軸方向孔７９ａの下端部は噴射孔７９ｂが形成されている。軸方向孔７９ａ内にはノズルニードル８３が軸方向摺動自在に配置され、その噴射孔７９ｂ側の端部は、弁座を形成する軸方向孔７９ａの下端部にシート可能になっている。
【００３８】
ノズルニードル８３の後端部には、オリフィスプレート７５に支持されたスプリングプレート８５が嵌め合わされており、スプリングプレート８５の内部において、ノズルニードル８３の後端面とオリフィスプレート７５との間に背圧室９１が形成されている。スプリングプレート８５とノズルニードル８３の中央部に嵌め合わされたワッシャ８７との間にはニードルスプリング８９が配置されており、ノズルニードル８３が、ニードルスプリング８９によって噴射孔７９ｂ側に付勢されている。
【００３９】
弁プレート７１とノズルボディ７９との間に配置されたオリフィスプレート７５には、インジェクタハウジング６１の高圧通路６１ｂを介して供給される高圧燃料をスプリングプレート８５の外周部からノズルニードル８３の周囲を通って噴射孔７９ｂに導く第１の孔７５ａと、同じく高圧通路６１ｂを介して供給される高圧燃料を背圧室９１に導く第１の絞り孔７５ｂとが形成されている。
【００４０】
オリフィスプレート７５には、スプリングプレート８５内の背圧室９１と弁プレート７１の軸方向孔７１ａとを連通する第２の絞り孔７５ｃと、スプリングプレート８５の外周部と弁プレート７１の軸方向孔７１ａとを連通する第３の絞り孔７５ｄとが形成されている。このうち第３の絞り孔７５ｄは、弁部材７３によって開閉されるようになっている。
【００４１】
この図２及び図３に示すピエゾインジェクタ１３において、ピエゾスタック５１Ａが伸張されていない状態でインジェクタハウジング６１の高圧通路６１ｂから高圧燃料が導入されると、オリフィスプレート７５の第１の孔７５ａを介してノズルニードル８３の周囲から噴射孔７９ｂ側に高圧燃料が導かれる。
【００４２】
また、高圧燃料は第１の絞り孔７５ｂを介して背圧室９１にも供給されるとともに、第２の絞り孔７５ｃを介して弁プレート７１の軸方向孔７１ａにも導かれる。このとき、軸方向孔７１ａの縮径部７１ｂは弁部材７３によって閉じられているため、高圧燃料はさらに第３の絞り孔７５ｄを介して、ノズルニードル８３の周囲から噴射孔７９ｂ側に導かれる。
【００４３】
この状態では、ノズルニードル８３を噴射孔７９ｂ側に押圧する力とニードルスプリング８９の付勢力との総和が、噴射孔７９ｂ側とは反対側に押圧する力に勝るため、ノズルニードル８３は弁座にシートし、噴射孔７９ｂは塞がれている。
【００４４】
一方、ピエゾアクチュエータ５１に駆動電圧Vactが印加されると、ピエゾスタック５１Ａが伸張し、ピエゾスタック５１Ａの変位が変位増幅ピストン６５に伝達され、さらに、変位増幅室６６で増幅されてバルブピストン６７に伝達される。
【００４５】
バルブピストン６７によって弁部材７３が押圧されると、弁部材７３が弁プレート７１の軸方向孔７１ａの縮径部７１ｂから離間して縮径部７１ｂが開放される一方、オリフィスプレート７５の第３の絞り孔７５ｄが塞がれる。そうすると、背圧室９１内でノズルニードル８３の後端部に負荷されていた背圧が変位増幅室６６側に逃されるため、ノズルニードル８３を噴射孔７９ｂとは反対側に押圧する力がニードルスプリング８９の付勢力を上回り、ノズルニードル８３が弁座からリフトし、噴射孔７９ｂが開放される。
【００４６】
その後、噴射終了時期になると、ピエゾアクチュエータ５１への駆動電圧Vactの印加が停止されると、ピエゾスタック５１Ａが縮み、バルブピストン６７も後退することで、弁部材７３によって弁プレート７１の軸方向孔７１ａの縮径部７１ｂが閉じられる。そうすると、再びノズルニードル８３が弁座にシートし、噴射孔７９ｂは塞がれる。
【００４７】
ノズルニードル８３の背圧制御に用いられ、変位増幅室６６側に逃された燃料は、燃料逃し通路６１ｃを介して燃料還流通路３０ｃに流され、燃料タンクに戻される。
【００４８】
３．ピエゾインジェクタの駆動電圧学習制御装置（制御装置）
（１）全体構成
図４は、図１に示す制御装置１００の構成のうち、燃料噴射制御及びピエゾインジェクタ１３の駆動電圧学習制御に関する部分を機能的なブロックに表した図を示している。
この制御装置１００は、公知の構成のマイクロコンピュータを中心に構成されており、目標噴射量演算部１０１と、学習条件判定部１０２と、インジェクタ駆動制御部１０３と、駆動電圧学習部１０４と、クランク角検出部１０５と、レール圧検出部１０６とを備えている。これらの各部は、具体的には、マイクロコンピュータによるプログラムの実行により実現される。
【００４９】
（２）レール圧検出部
レール圧検出部１０６は、コモンレール１０に取り付けられた圧力センサ２１の出力に基づき、レール圧Prailを検出する。検出されるレール圧Pralは、学習条件判定部１０２及びインジェクタ駆動制御部１０３に送信される。
【００５０】
（３）クランク角検出部
クランク角検出部１０５は、内燃機関のクランクシャフトの回転位置を検出するために内燃機関に備えられたクランクセンサのセンサ値Scを読込むとともに、クランクシャフトの回転移動に伴う角速度ωcを算出する。検出されたクランクシャフトの角速度ωcは、駆動電圧学習部１０４に送信される。
本実施形態の制御装置１００では、ピエゾインジェクタ１３の駆動電圧Vactの学習制御時に、ピエゾインジェクタ１３から所定量の燃料噴射が行われたことを判別する手段としてクランク角検出部１０５が備えられている。他の手段によって、ピエゾインジェクタ１３から所定量の燃料噴射が行われたことを判別するのであれば、クランク角検出部１０５は省略されていても構わない。
【００５１】
（４）目標噴射量演算部
目標噴射量演算部１０１は、内燃機関の回転数Ne及びアクセル操作量Acc等に基づいて、内燃機関の気筒内に噴射する燃料の目標噴射量Qtgtを算出する。算出された目標噴射量Qtgtの値は学習条件判定部１０２及びインジェクタ駆動制御部１０３に送られる。
【００５２】
（５）学習条件判定部
学習条件判定部１０２は、ピエゾインジェクタ１３の駆動電圧Vactを学習する制御を行うための条件が成立しているか否かを判別する。この条件は、ピエゾアクチュエータへ５１への印加電圧と燃料噴射量との関係を把握しやすくするための条件であり、適宜設定することができる。本実施形態の制御装置１００では、ピエゾインジェクタ１３から内燃機関への燃料噴射が行われない状態になっており、かつ、レール圧Pralがあらかじめ設定された所定範囲内にあることが学習条件となっている。
【００５３】
内燃機関への燃料噴射が行われない状態とは、例えば、車両の通常走行状態からアクセルが急激に離された状態、いわゆる、オーバーラン状態が挙げられるが、オーバーラン状態以外の期間であっても、所定期間燃料噴射が行われない状態であればよい。また、駆動電圧の学習制御時に電圧を印加する時間を、学習制御時に検出されるレール圧Prailに応じて可変とするのであれば、レール圧Prailが所定範囲内にあることを学習条件としなくてもよい。
【００５４】
本実施形態の制御装置１００では、オーバーラン状態においてピエゾインジェクタ１３の駆動電圧Vactの学習制御が行われるように、アクセル操作量Accを読込むとともに、読込んだアクセル操作量Accと、目標噴射量演算部１０１で算出された目標噴射量Qtgtとに基づいて、内燃機関への燃料噴射が行われない状態を検出する。アクセル操作量Accや目標噴射量Qtgt以外の関連のある因子としては、内燃機関の回転数、内燃機関の冷却水温、燃料温度、変速機のギア位置及びクラッチ位置、ブースト圧、車速、バッテリ電圧等が挙げられる。
【００５５】
また、本実施形態の制御装置１００は、内燃機関への燃料噴射が行われない状態になることでレール圧Prailが低下しはじめ、レール圧検出部１０６で検出されたレール圧Prailが比較的低い所定範囲内の値となった時に、駆動電圧Vactの学習条件が成立したと判定する。そして、学習条件が成立していると判別されると、学習条件判定部１０２はインジェクタ駆動制御部１０３及び駆動電圧学習部１０４に対して学習制御実行信号Ssを送信する。
【００５６】
（６）インジェクタ駆動制御部
インジェクタ駆動制御部１０３は、ピエゾインジェクタ１３の駆動電圧Vactの学習制御が行われない通常の燃料噴射制御時においては、レール圧Prailを読込むとともに、読込んだレール圧Prailと目標噴射量演算部１０１で算出された目標噴射量Qtgtとに基づき、燃料噴射量が目標噴射量Qtgtとなるように、ピエゾアクチュエータ５１に電圧を印加すべき噴射電圧印加時間ETinjを算出する。そして、噴射電圧印加時間ETinjの始期においては、ピエゾアクチュエータ５１に所定の駆動電圧Vactで電圧を印加して電荷を蓄積するとともに、噴射電圧印加時間ETinjの終期においては、ピエゾアクチュエータ５１に蓄積された電荷を放電して駆動電圧Vactの印加を停止する。
【００５７】
また、インジェクタ駆動制御部１０３は、学習条件判定部１０２から学習制御実行信号Ssが送信されると、ピエゾアクチュエータ５１に対する所定の学習電圧印加時間ETstでの電圧の印加が、電圧Vsの設定値を変えながら繰り返し行われるように制御を行う。
【００５８】
本実施形態では、レール圧Prailが所定範囲内のときに学習制御が行われるため、学習電圧印加時間ETstはあらかじめ設定される固定値となっている。レール圧Prailが所定範囲内であることを学習条件として定めてない場合には、あらかじめ備えられたレール圧Prail毎の学習電圧印加時間ETstと燃料噴射量との関係を示すマップ等に基づき選択される可変値とされる。この学習電圧印加時間ETstは、例えば、通常の燃料噴射制御を行うための駆動電圧Vactが印加される場合に燃料噴射量が２０ｍｍ3となるような時間に設定される。
【００５９】
また、この学習制御は、基本的に内燃機関の燃料噴射が行われない状態で行われるものであり、設定される電圧Vsの値は、電圧が所定の学習電圧印加時間ETstで印加されることでピエゾインジェクタ１３から燃料が噴射された場合であっても、内燃機関の燃焼性に影響を与えない程度の値に設定される。この電圧Vsの設定値は、小さい値から徐々に増加するように変えられることが好ましい。駆動電圧学習部１０４において所定量Q0の燃料噴射の実行を判別するにあたり、内燃機関の燃焼性に影響を与えることがないようにするためである。
【００６０】
（７）駆動電圧学習部
駆動電圧学習部１０４は、学習条件判定部１０２から学習制御実行信号Ssが送信されると、インジェクタ駆動制御部１０３によって電圧Vsを変えながら所定の学習電圧印加時間ETstでの電圧の印加が行われた結果、あらかじめ設定された所定量Q0の燃料噴射が行われたときの電圧の値VQ=Q0を求める。そして、駆動電圧学習制御部１０４は、このときの電圧の値VQ=Q0に基づき、通常の燃料噴射制御時にピエゾアクチュエータ５１に印加する駆動電圧Vactを学習する。
【００６１】
学習制御時の燃料噴射量の基準となる所定量Q0は、内燃機関の燃焼性に影響を与えることがない程度の値に設定され、例えば、所定量Q0は１ｍｍ3に設定される。
【００６２】
本実施形態の制御装置１００では、駆動電圧学習部１０４は、クランク角検出部１０５で算出されるクランクシャフトの回転移動に伴う角速度ωcを継続的に読み込み、この角速度ωcの変動Δωcに基づいて、ピエゾインジェクタ１３から所定量Q0の燃料噴射が行われたことを判別する。
【００６３】
具体的には、内燃機関の気筒内に燃料噴射が行われると、内燃機関のピストンが押し下げられクランクシャフトが回転させられることから、駆動電圧学習部１０４には、学習制御時に基準とされる所定量Q0の燃料が内燃機関の気筒内に噴射されたときのクランクシャフトの回転移動に伴う角速度ωcの基準変動量Δωc0があらかじめ実験等によって求められて記憶されている。そして、インジェクタ駆動制御部１０３によって、印加する電圧の設定値Vsを変えながら所定の学習電圧印加時間ETstで電圧の印加が繰返し行われ、クランクシャフトの角速度ωcの変動Δωcが基準変動量Δωc0となったときに、駆動電圧学習部１０４は所定の学習電圧印加時間ETstに所定量Q0の燃料噴射が行われたと判別する。
【００６４】
そして、図５に示すように、駆動電圧学習部１０４は、所定量Q0の燃料噴射が行われたときの印加電圧の値VQ=Q0をもとにして噴射立上り電圧Vaを求め、駆動電圧Vactが少なくとも必要最小電圧Vbを越えるようにあらかじめ設定されたマージンγが噴射立上り電圧Vaに対して加算されて、駆動電圧Vactが更新される。
【００６５】
この噴射立上り電圧Vaは、ピエゾインジェクタ１３ごとの加工精度のばらつきや経時劣化があっても、学習制御が行われた時点での噴射立上り電圧Vaとして求められるため、加算されるマージンγは、駆動電圧Vactが少なくとも必要最小電圧Vbを越える程度に、すなわち、必要最小電圧Vbに対するマージンが最低限確保される程度に、比較的小さく設定される。したがって、加工精度のばらつきや経時劣化等に対するマージンがさらに加算されていた従来のマージンβのように必要以上に大きな駆動電圧Vactが設定されることがなくなるために、ピエゾインジェクタ１３やバッテリ等の電力供給系統、制御装置１００への負荷が低減される。
【００６６】
新たに駆動電圧Vactが更新されると、駆動電圧学習部１０４は、インジェクタ駆動制御部１０３に対して、以降のピエゾインジェクタ１３の駆動制御において用いる駆動電圧Vactの指示を送る。
【００６７】
なお、本実施形態の制御装置１００の駆動電圧学習部１０４は、所定の学習電圧印加時間ETstに所定量Q0の燃料噴射が行われたときの印加電圧の値VQ=Q0から噴射立上り電圧Vaを求めた上でマージンγを加算して駆動電圧Vactを設定するようになっているが、所定の学習電圧印加時間ETstに所定量Q0の燃料噴射が行われたときの印加電圧の値VQ=Q0に対して、直接所定のマージンを加算して駆動電圧Vactを設定するようにしてもよい。
【００６８】
３．駆動電圧学習制御方法
次に、本実施形態の制御装置１００によって行われるピエゾインジェクタ１３の駆動電圧の学習制御方法について、図６のフローに基づいて説明する。
まず、スタート後のステップＳ１１では、内燃機関の回転数Ne、アクセル操作量Acc及びレール圧Prail等が検出され、次いで、ステップＳ１２では、内燃機関の気筒内に噴射する燃料の目標噴射量Qtgtが算出される。
【００６９】
ステップＳ１３では、ステップＳ１２で算出された目標噴射量Qtgtがゼロであるか否かが判別される。目標噴射量Qtgtがゼロでない場合には、ステップＳ２２に進み目標噴射量Qtgtとレール圧Prailとに基づき噴射電圧印加時間ETinjを算出し、ステップＳ２３でピエゾアクチュエータ５１に駆動信号を出力する。この場合には、ピエゾインジェクタ１３の駆動電圧Vactの学習制御は行われずに本ルーチンを終了する。
【００７０】
一方、ステップＳ１３において目標噴射量Qtgtがゼロと判別された場合には、ステップＳ１４に進み、駆動電圧Vactの学習条件が成立しているか否かが判別される。本実施形態の制御装置１００では、すでにステップＳ１３でも目標噴射量Qtgtがゼロであることが把握されており、このステップＳ１４では、現在の車両の走行状態がオーバーラン状態であるかを判別するためにアクセル操作量Accがゼロであるか否かが判別されるとともに、レール圧Prailが所定範囲内にあるか否かが判別される。学習条件が成立していない場合には、印加する電圧Vsと燃料噴射量との関係を正確に把握することが困難であるため、ピエゾインジェクタ１３の駆動電圧Vactの学習制御を行わずにそのまま本ルーチンを終了する。
【００７１】
一方、駆動電圧Vactの学習条件が成立している場合にはステップＳ１５に進み、電圧Vsを現在設定されている駆動電圧Vactよりも充分に低く設定された初期電圧V0に設定して、ピエゾアクチュエータ５１に対して所定の学習電圧印加時間ETstでの電圧の印加が行われる。次いで、ステップＳ１６で、内燃機関のクランクシャフトの角速度ωcの変動Δωcを検出し、ステップＳ１７で、クランクシャフトの角速度ωcの変動Δωcが基準変動量Δωc0と一致あるいは近似しているか否かが判別される。
【００７２】
クランクシャフトの角速度ωcの変動Δωcが基準変動量Δωc0と一致あるいは近似していない場合には、ピエゾインジェクタ１３からあらかじめ設定されている所定量Q0の燃料噴射が行われていないと判断されることから、ステップＳ１８に進み、電圧Vsを前回の電圧Vn-1（学習制御開始直後であれば初期電圧V0）から所定量X増加させた値に設定してピエゾアクチュエータ５１に対して所定の学習電圧印加時間ETstで電圧が印加された後、ステップＳ１６に戻る。
【００７３】
そして、ある電圧Vs=VQ=Q0が所定の学習電圧印加時間ETstに印加され、ピエゾインジェクタ１３から所定量Q0の燃料噴射が行われることで、ステップＳ１７で、クランクシャフトの角速度ωcの変動Δωcが基準変動量Δωc0と一致あるいは近似していると判断されるまで、徐々に電圧Vsの値を増加させながらピエゾアクチュエータ５１に対して所定の学習電圧印加時間ETstでの電圧の印加が行われる。
【００７４】
ステップＳ１７で、クランクシャフトの角速度ωcの変動Δωcが基準変動量Δωc0と一致あるいは近似していると判断されると、ステップＳ１９に進み、そのときの電圧VQ=Q0から規定値αを差し引き、噴射立上り電圧Vaを求める。次いで、ステップＳ２０で噴射立上り電圧Vaに所定のマージンγを加算した新たな駆動電圧Vactを算出した後、ステップＳ２１でピエゾインジェクタ１３の駆動電圧Vactを更新して本ルーチンを終了する。
【００７５】
以上説明した本実施形態の駆動電圧Vactの学習制御方法では、レール圧Prailが所定範囲内にあることが学習条件の一つとされ、ピエゾアクチュエータ５１に対して所定の学習電圧印加時間ETstで電圧が印加されるようになっている。ただし、駆動電圧Vactの学習制御を行う際のレール圧Prailに応じて学習電圧印加時間ETstを可変とするのであれば、レール圧Prailが条件になっていなくてもよい。この場合、図６のフロー中のステップＳ１４とステップＳ１５の間に、レール圧Prailに基づいて学習電圧印加時間ETstを設定するステップが設けられる。
【００７６】
以上のように行われる本実施形態のピエゾインジェクタ１３の駆動電圧の学習制御方法によれば、ピエゾインジェクタ１３の生産時のばらつきや劣化度合いに応じて、その時点での好適な駆動電圧Vactを学習することが可能になる。そのため、ピエゾアクチュエータ５１への必要最小電圧Vbを越える電圧を駆動電圧Vactとして設定するために加算されるマージンγを極力小さくすることができる。したがって、必要以上に大きな駆動電圧Vactがピエゾアクチュエータ５１に印加されることがなくなり、ピエゾインジェクタ１３や、バッテリ等電力供給系統、さらには制御装置１００への負荷が低減される
【符号の説明】
【００７７】
１：燃料タンク、２：低圧ポンプ、５：高圧ポンプ、５ａ：加圧室、６：燃料吸入弁、７：プランジャ、８：流量制御弁、９：燃料吐出弁、１０：コモンレール、１２：圧力制御弁、１３：ピエゾインジェクタ、１４：オーバーフローバルブ、１５：カム、１８ａ・１８ｂ：燃料供給通路、２１：圧力センサ、３０ａ〜３０ｃ：燃料還流通路、３７・３９：高圧燃料通路、５０：蓄圧式燃料噴射装置、５１：ピエゾアクチュエータ、５１Ａ：ピエゾスタック、６０：背圧逃し機構、６１ｂ：高圧通路、６３：変位増幅部ボディ、６５：変位増幅ピストン、６６：変位増幅室、６７：バルブピストン、７１：弁プレート、７３：弁部材、７５：オリフィスプレート、７５ａ：第１の孔、７５ｂ：第１の絞り孔、７５ｃ：第２の絞り孔、７５ｄ：第３の絞り孔、７９ｂ：噴射孔、８３：ノズルニードル、９１：背圧室、１００：駆動電圧学習制御装置（制御装置）、１０１：目標噴射量演算部、１０２：学習条件判定部、１０３：インジェクタ駆動制御部、１０４：駆動電圧学習部、１０５：クランク角検出部
【図１】
2010255569.tif 000003
【図２】
2010255569.tif 000004
【図３】
2010255569.tif 000005
【図４】
2010255569.tif 000006
【図５】
2010255569.tif 000007
【図６】
2010255569.tif 000008
【図７】
2010255569.tif 000009